Синтез и реакции мезо-фенилзамещенных порфиринов

Тетра(аминофенил)порфины легко диазотируются нитритом натрия в водных растворах минеральных кислот (3-9). Полученные соли диазония (50) довольно устойчивы. Их заметное разложение с выделением азота наблюдается только при температуре выше комнатной. Порфириновый цикл в условиях реакции диазотирования устойчив, однако диазотированный тетра(2-аминофенил)порфин при нагревании дает соединения непорфиринового характера. Вследствие этого орто-замещенные тетрафенилпорфины образуются с низкими выходами и большим количеством трудноотделимых примесей. Однако, реакция азосочетания диазотированного тетра(2-аминофенил)порфина с фенолом успешно проходит на холоду с образованием тетра(2-оксифенил-азофенил)порфина. Диазотированные тетра(3- и 4-аминофенил)порфины при нагревании дают тетра(оксифенил)порфины, а также вступают в реакцию Зандмеера и реакцию азосочетания, что позволяет получать тетра(галоген-фенил)порфины и азокрасители на основе порфиринов, которые невозможно получить другим путем. Диазотирование моно- (22, Ar = C₆H₄NН₂) и дизамещенных аминофенилпорфиринов (18, Ar = C₆H₄NН₂) с последующим превращением полученных солей диазония позволяет синтезировать замещенные порфирины которые недоступны при использовании других путей синтеза. Использование в качестве диазотирующего агента нитрита натрия в водных растворах кислот в данном случае не приводит к положительным результатам, так как такие аминофенилпорфирины не растворимы в этих условиях. Однако аминофенилпорфирины диазотируются амилнитритом в смеси хлороформ - уксусная кислота. Полученные растворы солей диазония вступают в реакцию Зандмеера и реакцию азосочетания, причем для создания нужной основности среды в данном случае использовался триэтиламин.

Выход и физико-химические свойства полученных нами порфиринов (схема (3-9)) приведены в диссертации.

Анализ ЭСП (рис. 8) «порфирин-азокрасителей» не позволяет сделать однозначных выводов о возможности взаимодействия -систем азокрасителей с -системой порфиринового макроцикла. Полоса Соре тетрафенилпорфинов (_max 420 нм, 5^.10⁵) находится рядом с широкой полосой поглощения остатка азокрасителя (_max 500 нм, 2,5^.10⁴), поэтому трудно судить имеет ли место «перекачка» -электронной плотности с остатков азокрастелей на порфириновый цикл. Однако сильное снижение интенсивности полосы Соре в ЭСП «порфирин-азокрастителей» и рост полос электронных переходов, а также их батохромный сдвиг по сравнению с ЭСП H₂TФП указывает на существования такого взаимодействия.

Рисунок 8. ЭСП порфирин-азокрасителя с остатком -нафтола.

3.3. Мезо-карбоксифенилпорфирины. В данном разделе проведен анализ и обобщение литературных данных по модификации карбоксильной группы в мезо-карбоксифенилпорфиринах. Кроме этого, с целью получения порфириновых мономеров и изучения возможности иммобилизации порфиринов на полимерные носители, содержащие гидроксильные группы, нами была предпринята попытка этерификации мезо-карбоксифенилпорфиринов спиртами в присутствии серной кислоты в качестве катализатора. Установлено, что реакция идет только с простыми спиртами, такими как метанол и этанол. С другими спиртами, такими как циклогексанол, аллиловый, амиловый, реакция не идет. Поэтому, из соответствующих мезо-карбоксифенилпорфиринов, действием на них тионилхлорида в хлороформе в присутствии ДМФА получены хлорангидриды, которые далее реагировали со спиртами в условиях реакции Айнхорна (3-10). Реакция проводилась в хлороформе, в качестве основного катализатора использовался пиридин. Кроме того, с помощью этой реакции проведена иммобилизация мезо-карбоксифенилпорфиринов на эпоксиактивированные полимеры. Выход и свойства полученных мезо-алкилкарбоксифенилпорфиринов (51) приведены в диссертации.

3.4. Мезо-галогенфенилпорфирины. В данном разделе проведен анализ и обобщение литературных данных по использованию мезо-галогенфенил-порфиринов в качестве исходных соединений в палладий катализируемых реакциях таких как реакция Хека, Соногашира, кросс-сочетания Сузуки, а также реакциях аминирования и амидирования.

Кроме того, в нашей совместной работе с группой И.П. Белецкой проведено палладий катализируемое аминирование 5,15-дибромфенил--окта-алкилпорфинов (18, Ar = C₆H₄Br) анилином и изучены условия реакции аминирования 5,15-дибромфенил--октаалкилпорфинов (18, Ar = C₆H₄Br) и 5-бромфенил--октаалкилпорфинов (22, Ar = C₆H₄Br) вторичными аминами различной природы, включая гидроксипиперидины в присутствии различных фосфиновых лигандов (L) (3-11). Реакция мезо-бромфенилпорфиринов с гидроксипиперидинами осложняется тем, что последние содержат вторичную спиртовую группу и потенциально могут восстанавливать исходный мезо-бромфенилпорфирин.

Было установлено, что наиболее подходящими фосфиновыми лигандами (L) в реакциях аминирования мезо-бромфенилпорфиринов являются 2-(ди-трет-бутилфосфино)бифенил (54), 2-(дициклогексилфосфино)-2'- диметил-амино)бифенил (55), 1-[2-(дифенилфосфино)-ферроценил]-этилметиловый эфир (56), причем они проявляют приблизительно одинаковую активность.

В качестве растворителя можно использовать как ТГФ, так и диоксан, но из-за удобства работы предпочтение было отдано диоксану. Оптимальная температура реакции 80-100С.

В качестве основания лучше использовать трет-бутилат натрия. Реакции мезо-бромфенилпорфиринов с гидроксипиперидинами сопровождаются образованием значительных количеств продуктов восстановления ((53).

В этом случае для увеличения выхода продуктов аминирования необходимо использовать большой избыток фосфинового лиганда и основания. Выход и свойства продуктов аминирования (52) приведены в диссертации.

Таким образом, модификация заместителей в мезо-фенилпорфиринах позволяет получать соединения с практически любыми заданными физико-химическими свойствами и требуемым набором заместителей.

В заключение следует отметить, что для ряда синтезированных мезо-фенилпорфиринов исследованы кислотно-основные свойства, кинетика таутомерных переходов, обусловленных наличием 2-х атомов водорода и 4-х внутрициклических атомов азота, кинетика комплексообразования и дальнейшей экстракоординации полученных металлокомплексов, а также кинетика их диссоциации. Кроме этого некоторые полученные порфирины были переданы для исследования в качестве термотропных и лиотропных жидких кристаллов, катализаторов радикальной полимеризации метилметакрилата, модификаторов различных полимерных материалов.

Основные результаты и выводы

1. На основе анализа и обобщения литературных данных и механизмов реакции конденсации пиррола и полиметиленпирролов с альдегидами разработаны удобные и эффективные методы синтеза мезо-фенилзамещенных порфиринов симметричной и несимметричной структуры имеющих в фенильных кольцах заместители, способные к дальнейшей химической модификации, а также пространственно-искаженные порфирины.

2. Исследовано влияние электронной природы заместителей и стерических факторов в бензальдегидах и пиррольных соединениях на выход мезо-фенилпорфиринов. Установлено, что электронная природа заместителей в бензальдегидах оказывает существенное влияние на выход порфиринов только в случае тетрафенилпорфинов (выход порфиринов с электроноакцепторными заместителями выше, чем с электронодонорными). В случае ди- и моно-фенилпорфиринов природа заместителей в бензальдегидах мало влияет на выход порфиринов. В случае орто-замещенных бензальдегидов, во всех случаях заместитель препятствует реакции конденсации, следовательно, превалирует действие стерических факторов над действием электронных эффектов.

3. Разработанная методика синтеза тетрафенилпорфиринов с асимметричной системой заместителей в фенильных кольцах является общей для синтеза монозамещенных тетрафенилпорфиринов как с электронодонорными, так и с электроноакцепторными заместителями.

4. Изучено влияние последовательного мезо-фенильного замещения в -октаалкилпорфиринах на степень искажения порфиринового кольца. Установлено, что искажение порфиринового кольца нарастает с увеличением количества замещающих фенильных групп. Мезо-цис-дифенилпорфин оказался почти плоским в твердом состоянии и искаженным в газовой фазе и в растворах, что объясняется эффектами упаковки и межмолекулярных взаимодействий в кристалле.

5. Сэндвичевые димеры с нечетным числом метиленовых звеньев практически не имеют пространственных искажений и сохраняют практически плоское строение, напротив, димеры с четным числом метиленовых звеньев имеют «жесткую» структуру с сильно деформированными рифлеными порфириновыми макроциклами в которых пиррольные циклы имеют седловидную конформацию.

6. На примере реакции нитрования изучена реакционная способность различных положений мезо-фенилпорфиринов в реакциях электрофильного замещения. Установлено, что существующее в литературе утверждение о влиянии протонирования на реакционную способность различных положений порфиринового цикла в реакции электрофильного замещения является не совсем правомочным. Наиболее легко подвергаются электрофильной атаке мезо-положения, далее идет замещения в фенильных кольцах. Реакция в -положение идет с большим трудом только при отсутствии свободных мезо-положений и фенильных колец.

7. Предложены удобные и эффективные методы синтеза мезо-фенилзамещенных порфиринов с активными группами в фенильных кольцах, в том числе оксифенилпорфиринов деметилированием метоксифенилпорфиринов, аминофенилпорфиринов восстановлением нитрофенилпорфиринов.

8. Изучены реакции модификации активных заместителей в фенильных кольцах мезо-фенилзамещенных порфиринов, позволяющие получать из небольшого набора порфиринов, соединения с самыми разнообразными физико-химическими свойствами, в том числе алкилирование и ацилирование оксифенилпорфиринов; этерификация карбоксифенилпорфиринов; алкилирование, ацилирование и диазотирование аминофенилпорфиринов, с дальнейшей заменой диазогруппы на Cl, Br, I, OH; а также реакция азосочетания, в результате которой получены порфирины с остатками азокрасителя. Проведено аминирование галогенфенилпорфиринов вторичными аминами.

9. Комбинацией разработанных методов синтезирован большой набор порфиринов с разнообразной структурой и разнообразными физико-химическими свойствами, в том числе водо- и органорастворимые.

10. Изучена возможность иммобилизации мезо-фенилзамещенных порфиринов с активными группами в фенильных кольцах на полимеры-носители различной природы.

11. Изучены физико-химические свойства вновь полученных порфиринов и их металлокомплексов.

Автор признателен коллективу кафедры органической химии и руководству Ивановского государственного химико-технологического университета за многолетнюю поддержку данной работы. Автор благодарит всех соавторов и коллег, без участия которых выполнение данной работы было бы невозможным. Особая благодарность - член-корреспонденту РАН О.И. Койфману за неоценимую помощь и поддержку данной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Семейкин А.С., Койфман О.И., Березин Б.Д. Сырбу С.А. Синтез тетрафенилпорфинов с активными группами в фенильных кольцах. 2. Получение тетра(оксифенил)порфинов. // Химия гетероцикл. соед. 1983. №10. С.1359-1361.

2. Койфман О.И., Семейкин А.С., Шляпова А.Н., Сырбу С.А. Исследование кинетики реакции координации Cd²⁺ и Zn²⁺ с алкоксизамещенными тетрафенилпорфинами в ДМФА. // Изв.вузов. Химия и хим. технология. 1986. Т.29. №9. С.125-127.

3. Сырбу С.А., Семейкин А.С., Березин Б.Д., Койфман О.И. Синтез тетрафенилпорфинов с активными группами в фенильных кольцах. 4. Функционально замещенные монооксипроизводные тетрафенилпорфина. // Химия гетероцикл. соед. 1987. №6. С. 781-786.

4. Голубчиков О.А., Коровина С.Г., Сырбу С.А. и др. Синтез, спектральные характеристики и строение циклофанового димера тетрафенилпорфина. // Журн. орг. химии. 1988. Т.24. №11. С. 2378-2383.

5. Сырбу С.А., Семейкин А.С., Березин Б.Д., Койфман О.И. Синтез тетрафенилпорфинов с активными группами в фенильных кольцах. 5. Тетра(карбоксиметиленоксифенил)порфины и их этиловые эфиры. // Химия гетероцикл. соед. 1989. №10. С. 1373-1377.

6. Голубчиков О.А., Кувшинова Е.М., Коровина С.Г., Сырбу С.А. и др. Кинетика координации циклофанового и линейного порфиринов ацетатами Сu, Zn и Сd. // Журн. физич. химии, 1989. Т. 63.№ 4. С. 912-918.

7. Сырбу С.А., Семейкин А.С., Березин Б.Д., Койфман З.Ц. Кинетические особенности образования комплексов Zn²⁺ с монозамещенными тетрафенилпорфинами. // Изв.вузов. Химия и хим. технология. 1990. Т.33. №5. С.29-32.

8. Сырбу С.А., Семейкин А.С., Березин Б.Д. Синтез тетрафенилпорфинов с активными группами в фенильных кольцах. 6. Применение реакции диазотирования для синтеза монозамещенных тетрафенилпорфинов. // Химия гетероцикл. соед. 1990. №11. С.507-509.

9. Сырбу С.А., Семейкин А.С., Березин Б.Д. Способ получения оксифенилзамещенных порфиринов. // А.С. №1684284 СССР МКИ 5 С 07 D 478/22. Опубл. БИ №38 от 15.10.91.

10. Сырбу С.А., Семейкин А.С., Сырбу Т.В. Синтез тетрафенилпорфинов с активными группами в фенильных кольцах. 7. Соли тетра(N,N,N-три-метиламинофенинил)порфинов.// Химия гетероцикл.соед. 1996. №5. С. 668-671.

11. Сырбу С.А., Семейкин А.С., Сырбу Т.В. Синтез тетрафенилпорфинов с активными группами в фенильных кольцах. 9. Азокрасители на основе тетрафенинилпорфинов.// Химия гетероцикл.соед. 1996. №8. С. 1045-1049.

12. Хализов О.И., Семейкин А.С., Сырбу С.А., Березин Б.Д. Применение реакции диазотирования для синтеза замещенных фталоцианинов. // Изв. вузов. Химия и хим. технол. 1999. Т. 42. В. 3. С. 23-27.

13. Сырбу С.А., Семейкин А.С. Синтез (гидроксифенил)порфиринов. // Журн. орг. химии. 1999. Т. 35. В. 8. С. 1262-1265.

14. Syrbu S., Semeikin A., Lyubimova T., Stuzhin P. Unsymmetrical meso-phenyl sabstituted octamethylporphyrins: synthesis by mixed condensation and chromatographic separation. // First International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines (ICPP-1). Dijon. France. 2000. P. 576.

15. Голубчиков О.А., Власова Е.К., Кувшинова Е.М., Сырбу С.А. Структура и координационные свойства некоторых пространственно искаженных производных тетрафенилпорфина. // Изв. вузов. Химия и хим. технол. 2000. Т. 43. В. 6. С. 120-123.

16. Петров О.А., Чижова Н.В., Сырбу С.А., Березин Б.Д. Роль кислотно-основных взаимодействий в реакции комплесообразования тетрагалогентетраазапорфиринов с ацетатом магния в системе ДМСО - хлорбензол. // Журн. общ. химии. 2000. Т. 70. В. 5. С. 825-831.

17. Семейкин А.С., Сырбу С.А., Любимова Т.В. Влияние стерических и электронных эффектов заместителей на выход 5,15-замещенных октаалкилпорфинов.// Журн. общ. химии. 2001. Т.71. №10. С.1747-1750.

18. Карманова Т.В., Громова Т.В., Березин Б.Д., Сырбу С.А., Семейкин А.С. Влияние структурных особенностей -замещенных производных порфиринов на их физико-химические свойства. // Журн. общ. химии. 2001. Т.71. №5. С. 856-861.

19. Сырбу С.А., Семейкин А.С., Буряева И.В., Кумеев Р.С., Альпер Г.А. ЯМР-спектры мезо-фенилзамещенных порфиринов с различной степенью искажения порфиринового макрокольца. // Изв.вузов. Химия и хим.технология. 2002. Т.45. №7. С. 141-142.

20. Березин Б.Д., Карманова Т.В., Громова Т.В., Сырбу С.А., Семейкин А.С. Исследование экстракоординации бромзамещенных порфиринов с органическими основаниями.// Координац. химия. 2002. Т.28. №9. С.648-653.

21. Семейкин А.С., Березин М.Б., Чернова О.М., Антина Е.В., Сырбу С.А., Любимова Т.В., Кутепов А.М. Взаимосвязь строения и сольватационных характеристик алкилзамещенных дипирролилметенов. // Изв. РАН. Сер. химическая. 2003. В. 8. С. 1712-1718.

22. Березин М.Б., Чернова О.М., Сырбу С.А., Березин Д.Б., Кумеев Р.С., Альпер Г.А., Семейкин А.С., Вьюгин А.И. Спектральные характеристики метилзамещенных дипирролилметенов и их структурных аналогов. // Изв.вузов. Химия и хим.технология. 2003. Т.46. № 8. С. 30-34.

23. Семейкин А.С., Сырбу С.А., Березин М.Б., Любимова Т.В. Синтез алкилзамещенных дипирролилметанов. // Изв.вузов. Химия и хим. технология. 2004. Т.47. № 4. С. 10-14.

24. Сырбу С.А., Семейкин А.С., Койфман О.И. Мезо-фенилзамещенные порфирины. Модификация в арильных группах. // Изв. вузов. Химия и хим. технол. 2004. Т. 47. № 5. С. 46-55.

25. Сырбу С.А., Любимова Т.В., Семейкин А.С. Фенилзамещенные порфирины. 1. Синтез мезо-фенилзамещенных порфиринов. // Химия гетероцикл. соед. 2004. № 10. С. 1464 -1472.

26. Трифонова И.П., Бурмистров В.А., Сырбу С.А., Койфман О.И. Координация азагетероциклов макрогетероциклическими металлокомплексами в амфипротонных средах. I. Взаимодействие имидазола с (ацетат) тетра-фенилпорфинатом хрома III. // Журн. общ. химии. 2005. Т.75. № 8. С. 1360-1364

27. Syrbu S., Semeikin A. Synthesis and modification of meso-monosubstituted porphyrins. // J.Porphyrins.Phtalocyanines. 2006. V.10. №6. Р.884

28. Сырбу С.А., Семейкин А.С., Корженевский А.Б., Койфман О.И. 5-(3'-аллилоксифенил)-2,3,7,8,12,18-гексаметил-13,17-дибутилпорфин и 5-(2'-аллилоксифенил)-2,3,7,8,12,18-гексаметил-13,17-дибутилпорфин в качестве красящего вещества оптических фильтров. // Патент РФ № 2281301 Б.И. №22 от 10.08.2006.

29. Сырбу С.А., Семейкин А.С., Корженевский А.Б., Койфман О.И. 5-(4'-акриламидофенил)-10,15,20-трифенилпорфин и 5-(3'-акриламидофе-нил)-10,15,20-трифенилпорфин в качестве красящего вещества оптических фильтров. // Патент РФ № 2277557 Б.И. №16 от 10.06.2006.

30. Глазунов А.В., Сырбу С.А., Семейкин А.С. Способ получения тетра(3-амино-5-трет-бутил)фталоцианина меди. // Патент РФ № 2272038 Опубл. Б.И. №8 от 20.03.2006.

31. Сырбу С.А., Семейкин А.С., Корженевский А.Б., Койфман О.И. 5-(4'-акриламидофенил)-2,8,12,13,17,18-гексаметил-3,7-дибутилпорфин и 5-(3'-акриламидофенил)-2,8,12,13,17,18-гексаметил-3,7-дибутилпорфин в качестве красящего вещества оптических фильтров. // Патент РФ № 2281304 Б.И. №22 от 10.08.2006.

32. Сырбу С.А., Глазунов А.В., Семейкин А.С. Новый подход к восстановлению нитрофенилпорфиринов. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2006. Т.49. №4. С. 122-123.

33. Syrbu S., Semeikin A., Ageeva T., Kolodina E. Koifman O. Strategies for the synthesis of porphyrin monomers. // J.Porphyrins.Phtalocyanines. 2006. V.10. №6. Р.885.

34. Герасимова О.А., Милаева Е.Р., Шпаковский Д.Б., Семейкин А.С. Синтез 5-(4-гидроксифенил)-10,15,20-трис[3,5-ди(трет-бутил)-4-гидрокси-фенил]порфина и 5-(4-пальмитилоксифенил)-10,15,20-трис[3,5-ди-(трет-бутил)-4-гидроксифенил] порфина и феноксильные радикалы на их основе. // Изв. РАН Серия химическая. 2007. № 4. С. 800-303.

35. Сырбу С.А., Агеева Т.А., Семейкин А.С., Койфман О.И. Стратегия синтеза мономеров на основе фенилзамещенных порфиринов для порфиринсодержащих полимеров различной структуры. // Изв. РАН. Серия химическая. 2007. № 4. С. 680-703.

36. Семейкин А.С., Кувшинова Е.М., Сырбу С.А., Голубчиков О.А. Синтез и кинетика координации биядерного медного комплекса порфиринового триммера ацетатом меди в уксусной кислоте. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2007. Т.50. №6. С.18-20.

37. Белокурова А.П. Щербина А.А. Исляйкин М.К. Ершова Ю.Н. Сырбу С.А., Бурмистров В.А. Набухание диацетата целлюлозы, модифицированного макроциклическими соединениями, в воде и разбавленных растворах азотной кислоты. // Пластические массы. 2007. №7. С.17-19.

38. Lyubimtsev A., Syrbu S., Vagin S., Hanack M. Synthesis of novel covalently linked dimeric phthalocyanines. // Eur. J. Org. Chem. 2007 Р. 2000-2005.

39. Milaeva E.R., Gerasimova O.A., Jingwei Zhang, Shpakovsky D.B., Syrbu S.A., Semeykin A.S., Koifman O.I., Kireeva E.G., Shevtsova E.F., Bachurin S.O., Zefirov N.S. Synthesis and antioxidative activity of metalloporphyrins bearing 2,6-di-tert-butylphenol pendants. // J.Inorg.Biochem. 2008. V. 102. P.1348-1358.

40. Исламова Р.М., Садыкова Г.Р., Ионова И.А., Сырбу С.А., Койфман О.И., Монаков Ю.Б. Влияние металлокомплексов порфиринов в присутствии пероксида бензоила и азодиизобутиронитрила на радикальную полимеризацию метилметакрилата. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2008. Т.51. №3. С.65-68.

41. Александрийский В.В., Кононов В.Д., Бурмистров В.А. Трифонова И.П., Сырбу С.А., Исляйкин М. К., Койфман О.И. Сольватационное состояние тетра(3,5-ди-третбутилфенил) порфина в смесях хлороформ-этанол по данным ЯМР и квантовохимических расчетов. // Изв. вузов. Химия и хим. технология.2008. Т.51. №7. С.53-55.

42. Артамкина Г.А., Сазонов П.К., Штерн М.М., Гришина Г.В., Веселов И.С., Сырбу С.А., Семейкин А.С. Койфман О.И., Белецкая И.П. Аминирование мезо-бромфенил(полиалкил)порфиринов: синтез порфиринов, содержащих гидроксипиперидиновый фрагмент. // Журн. орг. химии. 2008. Т.44. №3. С. 423-433.

43. Artamkina G.A., Sazonov P.K., Shtern M.M., Grishina G.V., Veselov I.S., Semeikin A.S., Syrbu S.A., Koifman O.I., Beletskaya I.P. Palladium-Catalyzed N-Arylation of Hydroxypiperidines with meso-Bromophenyl(polyalkyl)porphyrins. // Synlett. 2008. №1. P.45-48.

Размещено на Allbest.ru